Comment sont réalisées les images du télescope spatial Hubble ?
Depuis son lancement en 1990, le télescope spatial Hubble a effectué plus d’un million d’observations du cosmos, élargissant de manière presque incommensurable les connaissances de l’humanité sur le cosmos.
Encore Hubble ne voit pas l’univers comme nous. Le télescope observe le cosmos à travers une large gamme de longueurs d’onde lumineuses, dont certaines sont incapables de voir.
Si nous regardions l’espace de nos propres yeux, non seulement nous ne verrions pas grand-chose de ce que Hubble voit, mais une grande partie de ce que nous voyons serait très différente des images que nous livre l’espace iconique. télescope.
Alors, comment les données recueillies par ce télescope spatial pionnier sont-elles transformées en visuels époustouflants que nous pouvons voir, comprendre et admirer, et quelle part de cette imagerie est « réelle » ?
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De quelles caméras Hubble dispose-t-il ?
Hubble a deux systèmes de caméra principaux, selon la NASA (s’ouvre dans un nouvel onglet)que le télescope utilise pour observer l’univers depuis sa position à environ 535 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.
Travaillant à l’unisson, l’Advanced Camera for Surveys (ACS) et la Wide Field Camera 3 (WFC3) sont capables de fournir aux astronomes une imagerie à champ large sur une large gamme de longueurs d’onde. Les deux systèmes de caméras ont été installés sur Hubble par des astronautes en sortie dans l’espace après le lancement de l’observatoire en avril 1990 à bord du navette spatiale Découverte.
ACS a rejoint Hubble en 2002 et a été conçu principalement pour l’imagerie à grand champ dans les longueurs d’onde visibles. Le système ACS est composé de trois caméras ou « canaux » qui capturent différents types d’images, permettant à Hubble d’effectuer des enquêtes et de vastes campagnes d’imagerie.
Deux de ces canaux sont devenus inopérants en 2007 en raison d’une panne électronique. Les astronautes ont pu réparer l’une des caméras deux ans plus tard, rétablissant la capacité d’ACS à prendre des photos à haute résolution et à grand champ.
Cette réparation de 2009 a été effectuée lors de la mission d’entretien 4 de Hubble, qui a également installé le système WFC3, désormais l’imageur principal du télescope.
Hubble avait des caméras avant l’installation de ces instruments, bien sûr. Les caméras précédentes du télescope spatial comprennent la caméra à champ large et planétaire, la caméra à champ large et planétaire 2, le photomètre à grande vitesse et la caméra à objet faible.
Les autres dispositifs d’observation parmi les six instruments de Hubble sont ses deux spectromètres, le spectrographe des origines cosmiques (COS) et le spectrographe d’imagerie du télescope spatial (STIS).
Les spectromètres décomposent la lumière afin que ses composants puissent être vus. Parce que les éléments et les produits chimiques émettent et absorbent la lumière à des longueurs d’onde caractéristiques, Hubble permet aux astronomes d’en savoir plus sur la composition des objets qu’il observe.
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Quelles longueurs d’onde Hubble voit-il ?
L’un des avantages de Hubble lorsqu’il zoome Terre environ 15 fois par jour, c’est qu’il peut capter des longueurs d’onde de lumière qui seraient normalement absorbées par l’atmosphère de notre planète. En conséquence, le miroir primaire de 7,8 pieds de large (2,4 mètres) du télescope collecte une immense quantité de lumière sur une large gamme de longueurs d’onde que les télescopes au sol ne peuvent pas voir et la courbe vers les instruments et les caméras du télescope.
Les caméras de Hubble peuvent voir l’univers depuis la région infrarouge du spectre électromagnétique à travers les longueurs d’onde de la lumière visible jusqu’à la lumière ultraviolette.
Les principales capacités du télescope se situent dans les parties ultraviolettes et visibles du spectre de 100 à 800 nanomètres, bien que le télescope puisse également voir la lumière avec des longueurs d’onde aussi longues que 2 500 nanomètres.
L’ACS est principalement utilisé pour collecter la lumière dans les longueurs d’onde visibles, mais il est également capable de voir la lumière ultraviolette et proche infrarouge. Pendant ce temps, WFC3 fournit des images à grand champ dans l’ultraviolet, le visible et l’infrarouge.
Alors que le spectromètre STIS fonctionne avec une large gamme de longueurs d’onde, COS se concentre exclusivement sur la lumière ultraviolette et est considéré comme le spectrographe ultraviolet le plus sensible jamais construit.
Le COS a augmenté la sensibilité de Hubble d’un facteur d’au moins 10 dans le spectre ultraviolet, ce qui a entraîné une augmentation nette de 70 fois la sensibilité lors de l’observation d’objets très faibles, selon les membres de l’équipe de mission.
Pourquoi Hubble prend-il des photos dans autant de longueurs d’onde ?
Hubble voit l’univers dans de nombreuses « nuances de gris » différentes. En voyant le cosmos dans ce qui nous semble monochrome, Hubble est capable de mettre en évidence des différences subtiles dans l’intensité de la lumière à différentes longueurs d’onde, ce qui aide les scientifiques à comprendre les processus physiques et la composition des objets.
L’observation de la lumière ultraviolette est particulièrement utile lorsque Hubble regarde des objets extrêmement faibles et des points lumineux uniques, comme des étoiles et des quasars. Voir dans l’infrarouge, en revanche, est vital pour l’examen d’objets très éloignés qui existaient au début de l’histoire de l’univers.
En effet, au fur et à mesure que la lumière se déplace de ces objets lointains, l’expansion de l’univers « étire » ses longueurs d’onde. Ce processus s’appelle « décalage vers le rouge« , car les longueurs d’onde plus longues de la lumière dans le spectre visible sont rouges (par rapport au bleu à l’extrémité la plus courte).
Plus cette lumière traverse l’univers depuis longtemps, plus le décalage vers le rouge de sa longueur d’onde est extrême. Cela signifie que les objets anciens qui émettaient de la lumière visible sont désormais mieux vus dans la lumière infrarouge à grande longueur d’onde.
La capacité de Hubble à étudier une telle lumière étirée des premières étoiles a permis aux scientifiques de mieux contraindre la âge de l’univers, à environ 13,8 milliards d’années. La capacité de voir les premières galaxies et étoiles a également considérablement accru notre compréhension de l’évolution de l’univers depuis ses premières époques.
L’objet le plus ancien et le plus éloigné que Hubble ait pu photographier jusqu’à présent est la galaxie GN-z11, très décalée vers le rouge, située à environ 13,4 milliards d’années-lumière.
D’un point de vue purement pratique, la capacité de voir dans une large gamme de longueurs d’onde signifie que Hubble est utile à un large éventail de chercheurs travaillant pour observer une corne d’abondance massive d’objets et d’événements cosmiques.
La gamme plus large de longueurs d’onde que Hubble peut observer signifie également qu’il ne sera pas remplacé par le nouveau Télescope spatial James Webb (JWST). Bien qu’il s’agisse du télescope le plus puissant que l’humanité ait jamais mis en orbite, JWST se limite principalement à des observations très détaillées dans la lumière infrarouge, Hubble voyant moins clairement mais sur une étendue beaucoup plus large du spectre électromagnétique. Cela signifie finalement que JWST et Hubble forment une excellente équipe pour observer le cosmos.
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À quel point les photos de Hubble sont-elles « réelles » ? Que verrions-nous ?
Les yeux humains ne voient qu’une petite fraction du spectre électromagnétique qui se situe entre la lumière infrarouge et la lumière ultraviolette, d’environ 380 à 700 nanomètres. Ainsi, la plupart des images brutes produites par Hubble nous paraissent en noir et blanc.
Au moment où les images de Hubble atteignent des publications telles que Space.com, elles ont été traitées, avec des couleurs ajoutées. La colorisation des images « brutes » en niveaux de gris de Hubble n’est cependant pas pour des raisons purement esthétiques. Ce n’est pas non plus fait arbitrairement.
Certaines images montrent des couleurs « vraies », tandis que d’autres présentent des teintes qui sont attribuées pour représenter des longueurs d’onde de lumière que les yeux humains ne peuvent pas voir. Ces images composites couleur sont généralement créées en combinant des expositions capturées par Hubble à l’aide de différents filtres.
Une couleur différente est attribuée à chaque filtre, cette couleur correspondant à la longueur d’onde que le filtre laisse passer. Ainsi, l’image du filtre à grande longueur d’onde est représentée dans le composite par le rouge, les longueurs d’onde moyennes par le vert et les longueurs d’onde les plus courtes par le bleu.
Dans certains cas, des couleurs peuvent être ajoutées aux photos Hubble pour représenter des éléments chimiques spécifiques présents dans ou autour de l’objet imagé. Un tel traitement des couleurs peut révéler une mine d’informations scientifiques qui ne sont pas présentes dans les images brutes en niveaux de gris de Hubble.
Les images sont également traitées pour supprimer les imperfections et les effets qui ne proviennent pas des objets observés par Hubble. Ces caractéristiques indésirables pourraient être le résultat de capteurs vieillissants provoquant des « pixels morts » dans les images ou l’environnement dynamique de l’espace. Par exemple, les images Hubble peuvent être striées par des lignes de lumière vive causées par le passage astéroïdes, des satellites ou même des rayons cosmiques clignotants. L’équipe Hubble supprime souvent ces distractions avant de diffuser une image au public.
De plus, les mosaïques plus grandes composées de nombreuses images Hubble assemblées doivent avoir des espaces supprimés pour créer une seule image unifiée. Les processeurs d’images Hubble doivent également décider comment orienter les images, car il n’y a pas de véritable « haut » ou « bas » dans l’espace.
Le traitement des images Hubble est une procédure complexe et chronophage. Même de simples photos Hubble peuvent prendre des jours à traiter, tandis que de grandes mosaïques complexes de plusieurs images peuvent prendre des mois, La NASA dit (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Informations Complémentaires
Si vous voulez voir à quoi ressemblent les images Hubble avant qu’elles ne soient traitées, une base de données « d’images brutes » est disponible sur le Archives héritées de Hubble (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Si vous souhaitez en savoir plus sur le spectre électromagnétique, la NASA Imaginez l’univers (s’ouvre dans un nouvel onglet) page a une grande explication concise.
Bibliographie
Comment sont fabriquées les images Hubble, le Goddard Space Flight Center de la NASA, https://www.youtube.com/watch?v=QGf0yzdM5OA (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Télescope spatial Hubble, NASA. Consulté le 24/03/23 depuis https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/spacecraft/index.html (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Observatoire du télescope spatial Hubble : Instruments, NASA. Consulté le 24/03/23 depuis https://www.nasa.gov/content/goddard/hubble-space-telescope-science-instruments (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Instruments scientifiques de Hubble, site Hubble de la NASA. Consulté le 24/03/23 depuis https://hubblesite.org/mission-and-telescope/instruments (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Observatoire du télescope spatial Hubble : Hubble contre Webb, NASA. Consulté le 24/03/23 depuis https://www.nasa.gov/content/goddard/hubble-vs-webb-on-the-shoulders-of-a-giant (s’ouvre dans un nouvel onglet)